鋼纖維混凝土強度性能試驗研究

摘 要：通過試驗研究在不同的鋼纖維摻量情況下，鋼纖維混凝土的抗壓、劈拉、抗折強度的影響規律，從而總結出鋼纖維混凝土的增強效應規律，最終確定出合理的鋼纖維摻量，可以為道路橋梁等工程的實際應用提供有效參考。

關鍵詞：鋼纖維；劈拉強度；抗折強度；抗壓強度

1 試驗材料及試驗方案

1.1 試驗材料

本試驗所用水泥采用強度等級為425的普通硅酸鹽水泥，技術性能滿足國家標準的相關要求；粗集料采用級配良好的碎石，表觀密度2.991g/cm3，堆積密度1.53 g/cm3，顆粒級配為5～10mm、10～20mm連續級配；細集料為普通河砂，最大粒徑5mm，連續級配，細度模數2.83；本試驗用了兩種鋼纖維，一種是普通鋼纖維，另一種為短細鋼纖維，兩種鋼纖維均為江西贛州利發金屬材料公司生產。本試驗用了無引氣功能的萘系高效減水劑，減水率為15%~18%。

1.2 試驗方案

本試驗參照《鋼纖維混凝土試驗方法》（CECS 13：89）進行，試驗包括抗壓強度、劈拉強度和抗折強度試驗三部分。抗壓強度和抗折強度采用500t靜載試驗機，抗折強度采用50t靜載試驗機，采用標準的三等分點加載。本試驗按照普通道路混凝土配合比設計方法設計彎拉強度標準值為5.0MPa的基準混凝土。并以0.41和0.42兩個水灰比來調整基準混凝土配合比，然后選擇較優配合比作為基準配合比。最終確定的基準混凝土配合比見表1。

在確定基準配合比的基礎上，分別以鋼纖維體積率為0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%進行鋼纖維混凝土試驗，以此考察鋼纖維對混凝土的各種強度性能的影響。并且采用普通鋼纖維和微細鋼纖維按1:1比例組合，以充分發揮混雜效應，提高鋼纖維混凝土的強度和韌性。以此綜合考察鋼纖維混凝土強度變化規律。

抗壓強度試驗采用100mm×100mm×100mm的試件，測定其無約束受力狀態下的抗壓強度。劈拉強度試驗采用100mm×100mm×100mm的試件。加荷速度為0.05~0.08MPa/s。按式(1-1)計算劈拉強度。

FT為三分點加載模式下試件破壞荷載。

2 鋼纖維混凝土強度試驗結果分析

從圖1可以看出，在鋼纖維摻量為0.6%~1.2%時，其抗壓強度隨鋼纖維摻量增加呈現出明顯的規律性變化，7組試件的平均抗壓強度增幅為6.6%。其中在摻量為0.8%時出現一個明顯的峰值，其增幅為25.8%，從整體趨勢看，當鋼纖維摻量小于0.8%時，強度隨摻量增加而增大；當鋼纖維摻量大于0.8%時，強度隨摻量增加而減小。并且可以看出鋼纖維摻量為0.8%時，其強度在各個齡期內都最高，說明鋼纖維對混凝土抗壓強度的影響存在一個最佳摻量。在本次試驗范圍內，對鋼纖維混凝土抗壓強度來講，存在一個最佳摻量0.8%。摻量大于或小于這個最佳摻量時都會造成增強效果不明顯。 由圖2-1(b)可知，多數組試件3d強度增強作用不明顯，不過摻量為0.8時卻有明顯增強作用。

鋼纖維對混凝土的增強作用主要體現在抗壓強度上，許多研究都說明了這一點。本文的試驗結果也表明，摻入鋼纖維后，混凝土的抗壓強度有較大地增長。其中，混雜鋼纖維混凝土的劈裂抗拉強度增長尤其明顯，基本上都較基體混凝土劈拉強度增長了1倍以上，較單一鋼纖維混凝土有更好的增強效果。

從圖2可以看出，鋼纖維混凝土28d劈拉強度隨著鋼纖維體積摻量的增加而增大，并且都高于基準混凝土。其增幅普遍較大，其中體積率為1.2%時達到最高增幅27%，0.6%體積率的增幅最小，為10.1%。七組試件的平均增幅為17.5%，而對抗壓強度的平均增幅只有6.6%。這說明鋼纖維對混凝土劈拉強度的增強效果要比對抗壓強度的增強效果顯著許多。另外，如圖2所示，從3d強度看，其增強作用就不明顯了，其中有四組強度明顯低于基準強度，有一組強度基本與基準強度持平，只有兩組強度較基準有明顯增強。說明鋼纖維的加入并不能有效提高混凝土早期劈拉強度。

鋼纖維體積摻量為0.6%~1.2%時抗折強度較基準混凝土增長了7.1%~19.8%，其中，摻量為0.9%對應的抗折強度較基準強度增幅最大，達到19.8%，所有試件的平均增幅為10.7%。鋼纖維摻量在0.6%~0.9%范圍時，抗折強度隨摻量增加而提高，隨后卻有降低趨勢，其中最高摻量1.2%對應最低增幅7.1%。因此可以認為在本次試驗條件下，對抗折強度的最佳摻量為0.9%。另外還可以發現抗折強度的平均增長幅度達到要比抗壓強度的平均增幅大又比劈拉強度的增幅小。并且其體積率對抗折強度的影響趨勢跟抗壓強度的很相似，都是在摻量在0.6%~1.2%之間存在一個最佳摻量，超過這個最佳摻量，強度隨著體積率的增加而減小。從而可以得出結論，就鋼纖維的影響效果而言，對劈拉強度的影響最大，對抗折強度的影響次之，對抗壓強度的影響最小。此結論符合已知的結論。

4 結論

通過綜合分析得出如下結論：(1) 單摻鋼纖維對混凝土強度有增強作用。當摻量為0.8%時，可以使抗壓強度達到最佳效果，較基準強度提高了25.8%；當摻量為0.9%時，使抗折強度達到最高，較基準強度增長了19.8%；摻量為1.2%時對劈拉強度達到最佳增強效果，較基準強度提高了27%。

參考文獻

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。